Met klimaatverandering komen toenemende watertekorten, en mogelijk langere perioden van droogte. Aangezien beleidsmakers dringend op zoek zijn naar recycling van afvalwater om de kloof in watervoorraden te dichten, de vraag is:hoe kan het beste water worden hergebruikt en de openbare veiligheid worden gewaarborgd. Nieuwe en opkomende verontreinigingen zoals antibioticaresistente genen (ARG's) vormen een potentieel gevaar voor de openbare veiligheid en waterveiligheid. Een zorg is de verspreiding van ARG's door het watersysteem en een toename van de ontwikkeling van antibioticaresistente superbugs.

Adam Smith, Universitair docent aan de Sonny Astani-afdeling Civiele en Milieutechniek aan de Universiteit van Zuid-Californië, en een team van onderzoekers, waaronder Moustapha Harb, een assistent-professor aan de Libanese Amerikaanse Universiteit en USC Viterbi School of Engineering Ph.D. studenten Phillip Wang en Ali Zarei-Baygi, bestudeerde en vergeleek monsters van een geavanceerde grondwaterzuiveringsinstallatie in Zuid-Californië en grondwaterlagen om verschillen in ARG-concentraties te detecteren. Hoewel ze ontdekten dat de geavanceerde grondwaterzuiveringsinstallatie bijna alle gerichte ARG's tot onder de detectielimieten had teruggebracht, grondwatermonsters hadden een alomtegenwoordige aanwezigheid van ARG's op zowel controlelocaties als locaties die waren gevuld met water uit de geavanceerde waterbehandelingsfaciliteit.

historisch, behandelingsmethoden voor indirect hergebruik waarbij een milieubarrière een tussenstap is in het waterzuiveringsproces, zijn populairder dan het directe "toilet-naar-tap"-proces. Terwijl indirecte methoden voor de behandeling van hergebruik van water waren, vanuit een publieke perceptie en eetlust, betrouwbaarder beschouwd, het zijn in feite directe "toilet-naar-tap"-benaderingen voor hergebruik die geen milieubuffer introduceren die veiliger, zuiverder water voor drinkbaarheid. De reden hiervoor ligt in de manier waarop ARG's in het milieu het hergebruik van drinkwater kunnen vervuilen. Deze bevindingen werden benadrukt in een studie gepubliceerd in Brieven over milieuwetenschap en technologie .

Hoe ARG's zich verspreiden door waterbehandelingssystemen

Hoewel sommige ARG's van nature voorkomen in microbiële gemeenschappen, antibiotica, ARG's en antibioticaresistente pathogenen nemen in waterbronnen toe als gevolg van het overmatig gebruik van antibiotica in het algemeen. In een typische waterbehandelingscyclus, afvalwater wordt eerst gezuiverd in een afvalwaterzuiveringsinstallatie. Uit de studie bleek dat dit water hoog blijft in ARG's, omdat ze gedurende het hele behandelingsproces aanhouden. Vanaf hier, water dat bestemd is voor hergebruik van drinkwater wordt verder gezuiverd met behulp van geavanceerde fysische en chemische technieken, waaronder omgekeerde osmose, een proces waarbij een gedeeltelijk permeabel membraan wordt gebruikt om drinkwater te zuiveren.

In een indirect hergebruikschema, het gezuiverde water wordt terug in een omgevingsbuffer gebracht, als een grondwaterlaag. Later, water wordt uit de aquifer gehaald en verder behandeld in een drinkwaterzuiveringsinstallatie voordat het wordt toegevoegd aan de openbare watervoorziening. In tegenstelling tot, in directe hergebruikbenaderingen, gezuiverd water keert niet terug naar een milieubuffer, maar in plaats daarvan, blijft binnen de gemanipuleerde watercyclus, van de afvalwaterzuiveringsinstallatie naar de waterhergebruikinstallatie naar de drinkwaterzuiveringsinstallatie en vervolgens naar uw kraan

Kijken naar de verschillen in ARG's tussen verschillende waterbronnen is ongelooflijk belangrijk bij het overwegen van toekomstige gezondheidsrisico's, zoals de ontwikkeling van superbugs, zei Smit. Aangezien afvalwaterzuiveringsinstallaties over het algemeen niet zijn ontworpen voor het verwijderen van microverontreinigingen zoals antibiotica, ze hebben de neiging om te volharden in behandelingssystemen, wat leidt tot hoge dichtheden van ARG-resistente bacteriën in verschillende stadia van behandeling. Wanneer dit water in een aquifer wordt gebracht, waar ARG's al van nature voorkomen, het kan besmet raken met ARG's en antibioticaresistente bacteriën. Om het probleem nog ingewikkelder te maken, ARG's worden gemakkelijk overgedragen via horizontale genoverdracht, verhoogt het risico op antibioticaresistente pathogenen.

"ARG's zijn op geen enkele manier gereguleerd en vormen een uitdagende opkomende verontreinigende stof die zorgwekkend is vanwege onze afhankelijkheid van biologische behandeling in de kunstmatige watercyclus, " Smith zei. "Omdat het biologische verontreinigingen zijn - kleine DNA-fragmenten die vrijkomen in het milieu - kunnen bacteriën die aanwezig zijn in ontvangende omgevingen ze opnemen, zelf resistent worden, en het verder bestendigen van de verspreiding van weerstand."

Hergebruik van afvalwater is de meest voorkomende optie om het hoofd te bieden aan de toenemende druk op de wereldwijde watervoorziening en kan te verkiezen zijn boven opties als ontzilting, wat in vergelijking duur en energie-inefficiënt is. Echter, the danger of spreading antibiotic resistance is one that should inform which methodologies gain more traction and investment as we look ahead Smith said. Eliminating unknowns that persist in the environmental water buffers could be one way to ensure water that reaches our taps is clean of ARGs and other harmful contaminants.

"Lessening the global spread of antibiotic resistance will require an interdisciplinary approach that spans environmental and clinical systems. We must act fast before we enter a so called 'post-antibiotic world' where bacterial infections become impossible to treat, " Smith said.